DE3337865C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke zum Nachweis
eines Objekts in einem Überwachungsbereich nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Eine derartige Lichtschranke zum Nachweis eines Objekts
in einem Überwachungsbereich ist aus der DE-OS 31 24 464
bekannt. Die bekannte Lichtschranke enthält eine Beleuchtungseinrichtung
und eine photoelektrische Wandlereinrichtung
mit einem während einer Abgleichphase aktivierten
Regelkreis, der die von der Beleuchtungseinrichtung
ausgehende Lichtmenge so lange schrittweise verstellt,
bis am Ausgang der photoelektrischen Wandlereinrichtung
ein bestimmter Zustand erreicht ist. Der Regelkreis enthält
- in Signalflußrichtung hintereinander - die photoelektrische
Wandlereinrichtung, eine Vergleichsschaltung,
der auch ein vorgegebener Schwellenwert zugeführt wird,
und die von einer Steuerschaltung beaufschlagte Beleuchtungseinrichtung.
Mit Hilfe dieser bekannten Lichtschranke
kann der Lichtstrom, der auf die Photowandlereinrichtung
fällt, wenn kein Gegenstand von der Lichtschranke erfaßt
wird, immer auf einem konstanten Wert gehalten werden,
so daß geringfügige Störfaktoren, wie beispielsweise
das Absetzen von Staub auf der Photowandlereinrichtung,
kompensiert werden können.
Aus der DE-OS 20 59 010 ist eine Lichtschranke mit konstanter
Ansprechwelle bekannt, die als wesentliche Bauelemente
ein Leuchtelement und einen Photowandler aufweist,
der das vom Leuchtelement abgegebene Licht auffängt. Sowohl
das Leuchtelement als auch der Photowandler sind in
einem Regelkreis zur Regelung der Energieaufnahme des
Leuchtelements enthalten, wobei der Regelkreis der Reihe
nach enthält einen Verstärker, einen Gleichrichter und eine
Glättungsstufe sowie eine Vergleichsstufe, welche die geglättete
Ausgangsgröße des Photowandlers empfängt und sie
mit einem Bezugswert vergleicht, der von einer Konstantspannungswelle
geliefert werden kann. Die Vergleichsstufe
besteht aus einem Differenzverstärker, der die Verstärkung
eines Leistungsverstärkers steuert, wobei dieser Leistungsverstärker
an seinem Eingang Impulse von einem Impulsgenerator
empfängt, die er verstärkt und dem Leuchtelement zuführt.
Mit Hilfe dieser bekannten Lichtschranke wird gleichzeitig
ein Meßbetrieb und ein Regelbetrieb durchgeführt. Es
kann dadurch die Ansprechschwelle einer Lichtschranke unter
Verwendung nur eines einzelnen photoelektrischen Wandlers
sehr konstant gehalten werden.
Aus der DE-AS 16 23 778 ist eine Lichtschranke, insbesondere
photoelektrische Kontakteinrichtung für Zeigermeßgeräte
bekannt, welche eine Halbleiterlumineszenzdiode und
mindestens einen Photoempfänger in Form einer Photodiode
oder eines Phototransistors enthält. Der Überwachungsbereich
liegt zwischen der Lumineszenzdiode und mindestens
einem Photoempfänger, wobei die Lumineszenzdiode von einem
Oszillator gespeist wird. Das wesentliche dieser bekannten
Lichtschranke besteht darin, daß die zur Erzeugung von ungedämpften
Oszillatorschwingungen erforderliche Rückkopplung
über die mindestens eine Lichtstrecke verläuft.
Gemäß einer Ausführungsform dieser bekannten Lichtschranke
werden mehrere Lichtstrecken gebildet, und zwar gehen von
der Halbleiterlumineszenzdiode mehrere Lichtleiterstäbe aus,
die zu verschiedenen Meßstellen führen.
Aus der DE-OS 28 49 186 ist ein optisches Meßgerät zum Messen
von physikalischen Größen mit einem Sensor bekannt, der
von der zu messenden Größe beeinflußt wird, wobei eine Elektronik
zur Erzeugung von optischen Eingangssignalen für den
Sensor und zur Verarbeitung der vom Sensor kommenden optischen
Ausgangssignale verwendet wird und ferner auch optische
Fasern zur Übertragung der Eingangs- und Ausgangssignale
zwischen dem Sensor und der Elektronik vorhanden sind.
Der Sensor enthält ein von der zu messenden Größe beeinflußbares
Glied zur Modulation der dem Sensor zugeführten Lichtenergie
und zur Bildung von Lichtsignalen für optische Detektoren
innerhalb der Elektronik. Die Modulation des dem
Sensor zugeführten Lichtes erfolgt derart, daß das vom Sensor
ausgehende Licht einerseits für die zu messende Größe
repräsentative Komponenten enthält und andererseits Stabilisierungskomponenten
enthält, die von der zu messenden
Größe unabhängig sind. Ferner ist die Elektronik derart
aufgebaut, daß sie die genannten Komponenten trennt und
aus ihnen einerseits ein oder mehrere Meßsignale und andererseits
Signale zur Kompensation der Instabilität des Meßgerätes
bildet. Bei diesem bekannten Meßgerät können mehrere
Lichtleiter verwendet werden. Es ist ein Regelkreis und
auch ein Rechner vorhanden und es wird gleichzeitig ein
Meß- und Regelbetrieb durchgeführt.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besteht darin,
eine Lichtschranke zum Nachweis eines Objekts in einem
Überwachungsbereich der angegebenen Gattung zu schaffen,
welche die Möglichkeit bietet, die einzelnen den Überwachungsbereich
definierenden Strahlenpfade besser überwachen
und justieren zu können, um eine verbesserte Sicherheit
der Lichtschrankenüberwachung zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil
des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Lichtschranke mit
Merkmalen nach der
Erfindung,
Fig. 2 ein Flußdiagramm, das ein Beispiel eines
Abgleichs für die in Fig. 1 dargestellte
photoelektrische Wandlereinrichtung wiedergibt, und
Fig. 3a und 3b Diagramme, welche die Arbeitsweise des Regelkreises
für die in Fig. 1
dargestellte photoelektrische Wandlereinrichtung darstellen.
Anhand von Fig. 1 bis 3 werden nunmehr bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben.
In Fig. 1
ist eine Reihe von Lichtleitern f₁ bis f₄ angeordnet, um an
einem Ende Licht aufzunehmen, das von einer lichtemittierenden
Diode (LED) PD abgegeben wird. Die Lichtleiter f₁
bis f₄ liegen jeweils mit ihrem anderen Ende in einem vorbestimmten
Abstand einer weiteren Gruppe von Lichtleitern
f′₁ bis f′₄ gegenüber. Das von der LED PD abgegebene Licht
wird über die Lichtleiter f₁ bis f₄
und die Lichtleiter f′₁ bis f′₄ weitergeleitet, um die
lichtaufnehmenden Flächen von Phototransistoren PT₁ bis
PT₄ zu erreichen. Ein Überwachungsbereich ist durch jeweilige Zwischenräume 28 zwischen
den Enden benachbarter Lichtleiter gebildet, die auf ein genaues Maß
gebracht sind, um die gewünschte Fühlposition,
wie beispielsweise eine Warteposition für eine Vorlage oder
ein Kopierblatt, festzulegen. Wenn kein Blatt in einem der
Zwischenräume vorhanden ist, wird das von der LED PD abgegebene
Licht von den zugeordneten Lichtleitern f bis f′ unmittelbar
zu dem zugeordneten Phototransistoren PT geleitet.
Ausgangssignale S₁ bis S₄ der Phototransistoren PT₁ bis PT₄
sind jeweils einzeln proportional Lichtmengen, welche auf
die Phototransistoren PT₁ bis PT₄ fallen. Wenn ein Blatt
an einer der Fühlpositionen vorhanden ist,
unterbricht es das Licht von dem zugeordneten Lichtleiter
f, wodurch dann der zugeordnete Phototransistor PT keinen
Ausgang erzeugt.
Das von der LED PD abgegebene Licht, das über einen Lichtleiter
f₅ weitergeleitet wird, wird von einem Blatt, wenn
es in der Fühlposition vorhanden ist, zu einem Lichtleiter
f′₅ reflektiert und durch diesen zu einem Phototransistor
PT₅ geleitet. Der Ausgang S₅ dieses Phototransistors
PT₅ ist proportional der Menge des auf ihn fallenden
Eingangslichts. Wenn kein Blatt in dem Überwachungsbereich 28
vorhanden ist, wird das Licht, das durch den Lichtleiter f₅
weitergeleitet worden ist, nicht dem Lichtleiter f′₅ zugeleitet,
und somit erscheint das Signal S₅ nicht am Ausgang
des Phototransistors PT₅.
Die Signale S₁ bis S₅ werden jeweils an einen Eingangsanschluß
von Vergleichern 30 bis 38 angelegt. An den anderen
Eingangsanschluß der Vergleicher 30 und 38 wird einzeln jeweils
eine Bezugsspannung V r angelegt. Die Bezugsspannung
V r wird aufbereitet, indem eine Spannung V cc von einer Spannungsquelle
durch Widerstände R₁ und R₂ geteilt wird. Alle
Vergleicher 30 bis 38 sind so aufgebaut, daß sie ihren Ausgangspegel
"H" machen, wenn die an sie angelegten Signale
S₁ bis S₅ höher als die Bezugsspannung V r sind. Die Ausgangsanschlüsse
der Vergleicher 30 bis 38 sind mit Eingangsanschlüssen
PI₁ bis PI₅ eines Mikrocomputers 40 verbunden,
welcher zum Abgleich verwendet wird.
Ein 8-Bit-Ausgangsanschluß PO₁ des Mikrocomputers 40 ist
mit einem Eingangsanschluß A eines Digital-Analog-(D/A-)Umsetzers
42 verbunden. Ein Strom I₁, der auf Daten D anspricht,
die von dem Anschluß PO₁ dem Anschluß A zugeführt
worden sind, erscheint an einem Ausgangsanschluß B des D/A-
Umsetzers 42, um an einen Strom-Spannungs-(C/V-)Wandler 44
angelegt zu werden.
Wie dargestellt, weist der Strom-Spannungs-Wandler 44 einen
Operationsverstärker OP und einen Rückkopplungswiderstand
R₃ auf. Der Ausgang des Wandlers 44, welcher eine Spannung
V₁ ist, die durch das Umwandeln des Eingangsstroms I₁ geschaffen
ist, wird an einen Differenzverstärker 46 angelegt,
dessen Ausgang wiederum über einen Transistor Tr der
LED PD zugeführt wird. Bei dieser Ausführung wird die LRF
PD mit einem Strom I₂ gespeist, welcher der Spannung V₁
entspricht, wodurch eine Lichtmenge abgegeben wird, welche
dem Strom I₂ proportional ist.
Der D/A-Umsetzer 42 erhält über einen Widerstand R₅ an
seinem Eingangsanschluß C eine Bezugsspannung V R , welche
für das Umsetzen angelegt wird. Wenn unter dieser Voraussetzung
die Widerstände R₃ und R₅ Widerstandswerte r₃ bzw.
r₅ haben, kann die an den Operationsverstärker 46 angelegte
Spannung folgendermaßen ausgedrückt werden:
wobei A₁ bis A₈ von dem Anschluß PO₁ des Mikrocomputers 40
abgegebene Daten sind, und A₁ und MSB und A₈ LSB ist.
Wenn ein Steuerungsstartschalter 48 geschlossen wird, um
den logischen Pegel am Eingangsanschluß PI₆ des Mikrocomputers
40 "L" zu machen, führt der Mikrocomputer 40 eine
Regelung entsprechend dem Flußdiagramm in Fig. 2 an der
photoelektrischen Wandlereinrichtung (Lichtleitern f₁ bis f₅, Lichtleitern f′₁ bis f′₅ und Phototransistoren PT₁ bis PT₅, welche
alle die LED PD gemeinsam benutzen) durch.
Zuerst führt der Mikrocomputer 40 die Regelung mit Hilfe des Phototransistors PT₁ durch. Der Mikrocomputer 40 setzt "0" für
eine Veränderliche F (Verarbeitungsschritt 50) und erzeugt
dann an dem 8-Bit-Anschluß PO₁ einen vorbestimmten Anfangswert
D₀ als Daten D (Ausgang 51). Hierdurch fließt dann ein
durch den Wert D₀ festgelegter Strom I₂ durch die LED PD,
welche dann eine Lichtmenge abgibt, welche dem Wert D₀ entspricht.
Nachher erzeugt der Phototransistor PT₁ ein Signal
S₁, dessen Wert der spezifischen, von der LED PD abgegebenen
Lichtmenge entspricht.
Wenn in dem vorstehend beschriebenen Fall der Pegel des
Signals S₁ niedriger als die Spannung V R ist, bleibt, wie
in Fig. 3a dargestellt, der Ausgang des Vergleichers 30, d.
h. der Eingangsanschluß PI₁ des Mikrocomputers 40, auf dem
Pegel "P", wie in Fig. 3b dargestellt ist. Folglich sind Daten
CD, welche der Mikrocomputer 40 eingegeben hat, indem
in der Praxis ein Eingang 52 ausgeführt wird (in diesem
Fall Ausgangsdaten des Vergleichers 30, d. h. ein logischer
Pegel des Eingangsanschlusses PI₁) "0", und somit ist das Ergebnis
einer Entscheidung 53 "NEIN".
Der Mikrocomputer 40 setzt dann "1" für die Veränderliche
F (Schritt 54), gibt dann eine Summe des Anfangswertes D₀
und eines vorbestimmten Schrittwertes α als die Daten D
(Ausgang 55) ab, und kehrt dann zum Eingang 52 zurück. Wenn
die Daten D sequentiell um einen Wert α am Ausgang 55 erhöht
werden, wird dadurch auch der Pegel des Signals S₁ erhöht.
Wie in Fig. 3a dargestellt, soll nunmehr die Schleife
die aus dem Eingang 52, der Entscheidung 53, dem Verarbeitungsschritt
54 und dem Ausgang 55 besteht, dreimal wiederholt
werden, und das Signal S₁ soll die Spannung V r überschritten
haben, wenn die Daten D (die Daten) D₁ geworden
sind. Dann wird, wie in Fig. 3b dargestellt, der logische
Pegel des Eingangsanschluß PI₁ "H", und folglich werden die
am Eingang 52 eingegebenen Daten DC "1", wodurch das Ergebnis
der Entscheidung 53 "JA" gemacht wird.
Da der Wert F in diesem Augenblick "1" ist, ist das Ergebnis
der nächsten Entscheidung 56 "JA", so daß der Mikcrocomputer
40 den Verarbeitungsschritt 57 durchführt, wobei dann
der augenblickliche Ausgangswert D₁ (d. h. der Wert von Daten
D) mit 1,25 multipliziert wird, um einen Bezugswert für
den Phototransistor PT₁ vorzubereiten, und das Produkt wird
dann in einem (nicht dargestellten) energieunabhängigen
Halbleiterspeicher gespeichert.
Das Multiplizieren des Werts am Anschluß D₁ mit 1,25 ist
wirksam, um den Pegel des Signals S₁ sicher höher als den
der Spannung V R zu machen (der einen Grenzwert festlegt),
da die Kenndaten des Phototransistors PT₁ durch verschiedene
Faktoren, wie die Umgebungstemperatur, beeinflußt
werden können.
Wenn das Signal S₁ die Spannung V R in dem Augenblick überschritten
hat, in welchem der Anfangswert D₀ als die Daten
D zugeführt werden, ist das Ergebnis der Entscheidung 53
"JA" wenn sie das erste Mal durchgeführt worden ist. In
diesem Fall ist die Veränderliche F "0", so daß das Ergebnis
der Entscheidung 56 "NEIN" ist, und somit wird ein
Wert, der durch Subtrahieren der Schrittgröße α von dem
Anfangswert D₁ gegeben worden ist, geliefert (Ausgang 58).
Die Schleife aus dem Eingang 52, den Entscheidungen 53 und
56 und dem Ausgang 58 wird wiederholt, bis das Signal S₁
niedriger als die Spannung V R ist. Danach wird die Schleife,
die aus dem Eingang 52 und den Entscheidungen 53 und
56 gebildet ist, nocht einmal durchgeführt. Hierdurch werden
die Ergebnisse der beiden Entscheidungen 53 und 56 "JA",
worauf dann der Verarbeitungsschritt 57 folgt.
Selbst wenn bei dem vorstehend beschriebenen Ablauf das
Signal S₁ höher als die Bezugsspannung V R ist, wenn der Anfangswert
D₀ erzeugt worden ist, kann ein Wert der Daten
D, welche das Signal S₁ sehr nahe an die Spannung V r bringen,
festgestellt werden, wobei dann Bezugswerte von Daten
D, die sich auf die Phototransistoren PT₁ bis PT₅ beziehen,
optimal voreingestellt werden können.
Wenn eine derartige Einstellung an allen Phototransistoren
PT₁ bis PT₅ durchgeführt ist, speichert der Mikrocomputer
40 Bezugswerte von Daten D, die den jeweiligen Phototransistoren
PT₁ bis PT₅ zugeordnet sind. Wenn die Einstellung
an jedem der Phototransistoren PT₁ bis PT₅ abgeschlossen
ist, aktiviert der Mikrocomputer 40 eine Ansteuerschaltung
60, um für eine Anzeige eine der lichtemittierenden Dioden
(LED) PD₁₁ bis PD₁₅ zu erregen bzw. anzuschalten, die dem
Phototransistor zugeordnet sind. Wenn der Kopierer betrieben
werden soll, liefert der Mikrocomputer 40 als Daten D
die Bezugswerte, die für die Phototransistoren PT₁ bis PT₅
vorher festgelegt worden sind, welche an verschiedenen Stellen
verwendet werden, um eine Vorlage und Kopierblätter zu
fühlen.
Die vorstehend beschriebene Steuerung wird für Phototransistoren
PT₁ bis PT₅, wenn kein Blatt an den zugeordneten
Fühlpositionen vorhanden ist, und für den Phototransistor
PT₅ durchgeführt, wenn ein Blatt an dessen zugeordneter Fühlposition
vorhanden ist. Die Berechnung, bei welcher der
Wert D₁ bei dem Verarbeitungsschritt 57 mit 1,25 multipliziert
wird, kann folgendermaßen durchgeführt werden. Hierbei
ist der Koeffizient 1,25 nur beispielsweise angeführt,
und er kann durch irgend eine andere geeignete Zahl ersetzt
werden, welche den notwendigen Grenzwert sicherstellt. Wenn
der Wert D₁ (11000011)₂ ist, wird dieser Wert zweimal nach
rechts verschoben, um (00110000)₂ vorzubereiten, was ¼ des
Werts D₁ ist, und dann wird (00110000)₂ zu (11000011)₂ hinzuaddiert,
damit sich 11110011)₂ ergibt, was das 1,25fache
des Werts D₁ ist.
Der energieunabhängige Halbleiterspeicher kann in dem Mikrocomputer
40 eingebaut sein und kann einen EEP-ROM, einen
NOV-RAM und einen CMOS-RAM aufweisen, die durch eine Batterie
gespeist sind.
Obwohl
die Lichtschranke
als ein in einem Kopierer installierter
Blattflühler dargestellt und beschrieben ist, kann
sie auf dieselbe Weise bei einem Abtaster verwendet werden,
welcher in Verbindung mit einem Strichmarkierungsleser,
einem optischen Zeichenleser (OCR) u. a. verwendet wird.
Claims (5)
1. Lichtschranke zum Nachweis eines Objekts in einem
Überwachungsbereich zwischen einer Beleuchtungseinrichtung
und einer photoelektrischen Wandlereinrichtung
mit einem während einer Abgleichphase aktivierten Regelkreis,
der die von der Beleuchtungseinrichtung ausgehende
Lichtmenge so lange schrittweise verstellt, bis am Ausgang
der photoelektrischen Wandlereinrichtung ein bestimmter
Zustand erreicht ist, wobei im Regelkreis - in Signalflußrichtung
hintereinander - die photoelektrische Wandlereinrichtung,
eine Vergleichsschaltung, der auch ein
vorgegebener Schwellenwert zugeführt ist, und die von
einer Steuerschaltung beaufschlagte Beleuchtungseinrichtung
angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die photoelektrische Wandlereinrichtung mehrere photoelektrische Wandlerelemente (PT₁, . . .PT₅) aufweist, die unterschiedlichen, den Überwachungsbereich definierenden Strahlenpfaden zugeordnet sind.
- b) jedem Wandlerelement (PT₁, . . .PT₅) je ein zur Vergleichsschaltung gehörender Vergleicher (30, . . . 38) nachgeordnet ist, der das jeweilige Ausgangssignal des jeweiligen Wandlerelements mit dem Schwellenwert vergleicht, und
- c) die Vergleicher einen gemeinsamen Rechner (40) beaufschlagen, der in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Vergleicher das Eingangssignal der Steuerschaltung (42, 44, 46) bestimmt.
2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der gemeisame Rechner
(40) so ausgelegt ist, daß er für jedes Wandlerelement (PT₁ . . . PT₅) einen
Multiplikationsfaktor ermitteln und speichern kann, mit
welchem das Eingangssignal der Steuerschaltung (42,
44, 46) zu multiplizieren ist, damit der dem Wandlerelement
zugeordnete Schwellenwert sicher überschritten
wird.
3. Lichtschranke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rechner für einen Multiplikationsfaktor
größer als 1, insbesondere 1,25 ausgelegt ist.
4. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Beleuchtungseinrichtung (PD) aus einer lichtemittierenden
Diode und die photoelektrischen Wandlerelemente
(PT₁, . . . PT₅) aus Phototransistoren bestehen.
5. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß mit dem
Rechner (40) eine Ansteuerschaltung (60) verbunden ist,
welche eine eigene Anzeigeeinrichtung (PD₁₁, . . . PD₁₅)
für jedes photoelektrische Wandlerelement (PT₁, . . . PT₅)
aufweist, um dessen Betriebsbereitschaft anzuzeigen.
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